Участок для прокладки трубопровода и общая оценка его геологического строения
Курсовая
работа по геологии
Участок для
прокладки трубопровода и общая оценка его геологического строения
Содержание
Введение
. Блок исходных данных по КР
. Аналитический блок
3. Определение
глубины промерзания и возможности развития морозного пучения
. Расчёт
притока воды к траншее
5. Оценка
возможности развития суффозионного процесса
. Химический
анализ
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Трубопроводный
транспорт является неотъемлемой частью национальной экономики. Из-за
особенностей географического положения Российской федерации основная добыча
сырья (нефть, газ) производится в Восточных регионах и транспортируется на
Запад страны за тысячи километров.. Единственным способом экономически
эффективной транспортировки на такие расстояния является трубопроводный
транспорт.
Трубопроводный
Транспорт - это сооружение из плотно соединенных труб, осуществляющий передачу
на расстояние жидких, газообразных или твердых продуктов по трубопроводам. В
зависимости от транспортируемой среды для трубопроводов используются термины:
водопроводы, газопроводы, паропроводы, нефтепроводы, воздухопроводы,
маслопроводы и пр.
На строительство и
эксплуатацию трубопроводов оказывают влияние инженерно-геологические условия,
такие как специфические грунты, опасные геологические и инженерно-геологических
процессы, а также необходимо при прорабатывании учитывать особые условия
(подрабатываемые территории, шельфовые зоны морей и др.).
Кроме того,
учитывается влияние таких техногенных факторов, как утечка воды из тепловых
сетей и как следствие изменение природного режима грунтовых вод, а также
свойств и состояния грунтов; развитие геокриологических (мерзлотных) процессов
в результате транспортировки газа с отрицательной температурой; динамическое
воздействие транспорта вдоль автомобильных и железнодорожных магистралей,
вызывающее изменение состояния и свойств дисперсных грунтов и пр.
В связи с этим в
состав инженерно геологических изысканий включают составление прогноза
изменений геологических условий в сфере взаимодействия проектируемых объектов с
геологической средой. Реологические ч техногенные факторы могут как в
отдельности, так и совместно могут оказывать механические, температурные и
химические воздействия на трубопроводы вызывая их повреждения.
Для обоснования инвестиций,
разработки проекта и рабочей документации проводят инженерно-геологические
изыскания с использованием лабораторных и полевых методов. Проведение работ
регламентируется СП 11-1О5-97 «Инженерно-геологические изыскания для
строительства».
. Блок исходных данных по КР
Показатели
свойств и состояния грунтов
Номера
скважин
|
Влажность
W, д. ед. выше у.
г. в. И ниже у. г. в.
|
Коэффициент
пористости, e
|
Коэффициент
водонасыщения S,
д. ед. выше у. г. в. И ниже у. г. в.
|
Число
пластичности Ip
|
Показатель
текучести IL
|
15
|
0,30/0,33
|
0,880
|
0,92/1,00
|
0,06
|
0,60
|
16
|
0,26/0,29
|
0,780
|
0,91/1,00
|
0,07
|
0,40
|
21
|
0,25/0,30
|
0,820
|
0,82/0,97
|
-
|
-
|
23
|
0,27/0,31
|
0,840
|
0,84/0,98
|
-
|
-
|
· Влажность характеризуется
количеством воды, заполняющей поровое пространство и равняется отношению массы
испарившейся воды к массе сухого вещества породы
W = g2 / g1 = ρ
/ ρd
- 1
· Для характеристики степени насыщения
пород водой служит коэффициент водонасыщения, отражающий отношение естественной
влажности к их полной влагоёмкости
S = W/Wп
=
W ρs
/ e0 ρв
(
обычно ρв
=
1 г/см3).
· Для ориентировочного суждения о
состоянии глинистых пород часто используют показатель консистенции
IL = (W - WP)/(WL
- WP)
· e - коэффициент
пористости грунта
e = n/(1-n) = ρs
/ ρd
-1
Результаты
гранулометрического анализа
Номер
скважин
|
Гранулометрический
состав
|
|
Гравий
|
Песчаные
|
Пылеватые
|
Глинистые
|
|
10-2
|
2-0.5
|
0.5-0.25
|
0.25-0.1
|
0.1-0.05
|
0.05-0.01
|
0.01-0.005
|
<0.005
|
15
|
-
|
-
|
10
|
21
|
30
|
19
|
13
|
7
|
16
|
-
|
-
|
4
|
20
|
36
|
15
|
17
|
8
|
21
|
-
|
17
|
10
|
11
|
36
|
15
|
9
|
2
|
23
|
-
|
9
|
15
|
26
|
17
|
20
|
12
|
1
|
Данные химического анализа
№
Скважины
|
Ca
|
Mg
|
K+Na
|
SO4
|
Cl
|
HCO3
|
CO2
(своб.)
|
pH
|
OB
|
Feобщ.
|
15
|
54
|
35
|
682
|
347
|
210
|
167
|
78
|
7,1
|
12
|
0,8
|
21
|
24
|
70
|
120
|
7
|
5
|
62
|
13
|
7,5
|
8,1
|
0,2
|
. Аналитический блок
Характеристика и оценка рельефа
участка
Рельеф на участке представлен фрагментом склона,
спускающегося на Юго-восток. Абсолютные отметки колеблются в интервале от 15,0
до 13,3. На участке также присутствует река.
i=Δh/l=1,7/400=0,0043
Анализ геологического строения
В геологическом строении участка принимают
участие следующие стратиграфо-генетические комплексы:
(m-l)IV
- морские и озёрные нерасчленённые современные осадки. Слой
представлен песком пылеватым и средней крупности. Был определен в единственном
месте: скважине №2. Мощность этого слоя варьирует от 3,7 до 3,0 м. Глубина
залегания подошвы слоя 10,8 м. Также слой представлен супесью пылеватой, с
органикой. Распространена повсеместно. Мощность слоя варьирует от 2,6 в
скважине №17 до 3,6 м в скважине №22. Глубина залегания подошвы слоя достигает
7,8 м
lgIII
- озерно-ледниковые верхнечетвертичные отложения. Слой
представлен суглинком ленточным, слоистым. Распространен повсеместно. Мощность
этого слоя меняется от 1,6 м в скважине №15 до 3,4 м в скважине №17. Глубина
залегания подошвы слоя варьирует от 8,5м и глубже
bIV
- биогенные современные отложения (торф). Слой
представлен торфом. Мощность этого слоя варьирует от 0,9 м в скважине №22 до
2,5 м в скважине №20. Глубина залегания подошвы слоя варьирует от 10,8 м до
12,5 м.
Определение наименования грунта,
оценка его свойств и состояния (Скважины № 15,16,21,23)
Согласно ГОСТ 25.100-95
«Грунты» все неизвестные слои: первые слои в скважинах 2,11 отнести к классу
дисперсных грунтов.
Первый слой по скважине 15
относится к морским и озёрным нерасчленённым современным осадкам, содержание
частиц диаметром менее 0,10 мм менее 75% по массе, коэффициент пористости e
>0,880, IL
(число текучести) равно 0,6, Ip(число
пластичности) равно 0,06 ,следовательно, грунт - супесь пылеватая рыхлая
твердая
Первый слой по скважине 16
относится к морским и озёрным нерасчленённым современным осадкам, содержание
частиц диаметром менее 0,10 мм менее 75% по массе, коэффициент пористости e
>0,780, IL
(число текучести) равно 0,4, Ip(число
пластичности) равно 0,07 ,следовательно, это позволяет нам сделать вывод что грунт
- супесь пылеватая средней плотности твердая
Первый слой по скважине 21
относится к морским и озёрным нерасчленённым современным осадкам, содержание
частиц диаметром менее 0,10 мм менее 75% по массе, коэффициент пористости e
>0,820, IL
(число текучести) и Ip
(число пластичности) отсутствуют, следовательно,
грунт - песок пылеватый рыхлый, с галькой
Первый слой по скважине 23
относится к морским и озёрным нерасчленённым современным осадкам, содержание
частиц диаметром менее 0,10 мм менее 75% по массе, коэффициент пористости e
>0,840, IL
(число текучести) и Ip
(число пластичности) отсутствуют, следовательно,
это позволяет нам сделать вывод, что грунт - песок пылеватый рыхлый
Вспомогательная таблица полных
остатков
Номер
скважины
|
<10
|
<2
|
<0,5
|
<0,25
|
<0,1
|
<0,05
|
<0,01
|
<0,005
|
15
|
-
|
-
|
100
|
90
|
69
|
39
|
20
|
7
|
16
|
-
|
-
|
100
|
96
|
76
|
40
|
25
|
8
|
21
|
-
|
100
|
83
|
73
|
62
|
26
|
11
|
2
|
23
|
-
|
100
|
91
|
76
|
50
|
33
|
13
|
1
|
Скважина №15 - d10=0.014
d60=0.185
Скважина №16 - d10=0.016
d60=0.17
Скважина №21 - d10=0.033
d60=0.235
Скважина №23 - d10=0.043
d60=0.31
Сu15=
d60/
d10=0.185/0.014=13.21
Сu16=
d60/
d10=0.17/0.016
=10.62
Сu21=
d60/
d10=0.235/0.033=7.12
Сu23=
d60/
d10=0.31/0.043
=7.21
По таблице 5.2 в методических указаниях
определяем коэффициенты фильтрации и высоту капиллярного поднятия.
K15= 0.1-0.7 hk15=0.8-1.516=0.1-0.7 hk16=0.8-1.521=1-3 hk21=0.4-1.523=2-10 hk23=0.35-1.0
3.
Определение глубины промерзания и возможности развития морозного пучения
Пучинистыми
называют грунты, которые при промерзании в условиях естественного залегания
способны увеличиваться с объеме. Потенциально пучинистыми являются дисперсные
минеральные грунты, содержание пылеватую и глинистую фракции. Эта потенциальная
способность имеет место, если есть постоянный подток 1-1. п. г к промерзающему
слою Для оценки пучинистости грунта по ГОСТ 25 1 00-95 «Грунты» используются
показатели гранулометрического состава и косвенная характеристика влажности
определяемая для глинистых грунтов через показатель текучести IL , а для песчаных
через коэффициент водонасыщения Sr.
Численные
показатели IL и Sr примем из таблицы 1, недостающие значения определим по ГОСТ
25100-95 «Грунты».
Оценим пучинистость
грунта, используя показатели гранулометрического состава: Морозное пучение
развивается в зоне сезонного промерзания грунта, т.к. грунт преимущественно
состоит из глин и суглинков с прослоями пылеватого и песчаного материла, а
также песков и супесей примем нормативную глубину промерзания df=1.45.
Количественными характеристиками морозного пучения являются:
ff - абсолютная величина поднятия поверхности промерзающего слоя
толщиной df
df - относительная деформация морозного пучения коэффициент
морозного пучения
εf - отношение величины
морозного пучения к толщине промерзающего слоя:
суффозионный геологический траншея
Пучинистость грунтов
Глубина залегания
трубопровода h = 1,8 м
Трасса трубопровода
проходит по нескольким участкам с различными грунтами, разобьём трассу на
участки 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, определим для этих участков показатели Il и Sr.
Участок 1-2. Грунт
на участке оценим по скважине № 13 Супесь пылеватая, пластичная Il=0,42, согласно табл.
«Пучинистоть грунтов» εf примем равным 0,045,
грунт средне пучинистый.
Участок 2-3. Грунт
на участке оценим по скважине № 14, песок пылеватый, Sr = 0,42, εf примем равным 0,07,
средне пучинистый.
Участок 3-4. Грунт
на участке оценим по скважине № 18, торф, грунт непучинистый.
hf(1-2)
=
0,045*(1,45-1,0) = 0,0203 м
hf(2-3)
=
0,07*(1,45-1,0) = 0,0315 м
Из расчетов видно,
что величина пучения грунтов на различных участках различается незначительно,
на границах разделов грунтов 2-3, 3-4 перепад достигает 10 см, что не исключает
вероятность изгиба трубопровода на границе разделов.
Для расширения
представления об инженерно-геологических условиях на трассе построим карту срез
на глубине 1,8 м (глубина заложения трубопровода). На карте условными знаками
показаны участки распространения грунтов различного состава, их пучинистость и
коррозионные свойства
4.
Расчёт притока воды к траншее
В пределах рассматриваемого участка
наблюдается грунтово-водный горизонт, вскрытый во всех скважинах. Водоносными
грунтами являются: песок, супесь, торф. Водоупорными грунтами являются
ледниковые супеси и суглинки.
В качестве рассматриваемого участка
траншеи возьмем участок между скважинами 15 и 17, где трубопровод пересекает
инженерно-геологический разрез.
Расчёта водопритока в
совершенную выработку
Глубина траншеи hтр = 2,6 м.
Длина траншеи 1 = 300 м.
Глубина залегания грунтовых вод dw =
0,7 м.
Заглубление траншеи в водоносный
горизонт t=S = 1,9 м.
Коэффициент фильтрации Кф
= 0,7 м/ сутки
Радиус Влияния:
- Rтабл = 10м
h1=S
-
Вариант А
Расчет водопритока в
несовершенную выработку
Глубина траншеи hтр = 2,6 м.
Длина траншеи l = 300 м.
Глубина залегания грунтовых Вод dw =
0,7 м.
Заглубление траншеи в водоносный
горизонт S = 1,1 м.
Коэффициент фильтрации Кф
= 0,7 м/ сутки
Радиус Влияния:
Rтабл = 10м
-
Вариант Б
Расчет водопритока в
несовершенную выработку по условию заглубления ее в водоносный горизонт t/H
Глубина траншеи hтр = 1,8 м.
Длина траншеи 1 = 300 м.
Глубина залегания грунтовых Вод dw =
0,7 м.
Заглубление траншеи в водоносный
горизонт t=S = 1,1 м.
Коэффициент фильтрации Кф
= 0,7 м/ сутки
H = 1.9 м
h = 0.8 м
Радиус Влияния:
Rтабл = 10м
5. Оценка возможности
развития суффозионного процесса
Суффозионный
процесс (вынос) связан с нисходящим потоком подземных вод в толще неоднородного
грунта или на контакте различных по водопроницаемости грунтов. Определим
возможность развития суффозии по графику Истоминой B.C.
Для случая несовершенной траншеи с
принудительным водопонижением (А) координаты точек, наносимых на график,
определяют:
· Сu - поданным кривой
гранулометрического состава.
Сu15=
13.21
· i
- по формуле , где
Ø S=h1-h2
- разность мощностей водоносного слоя до и после водопонижения
Ø R-
путь фильтрации, равный радиусу влияния, м
Ø 0,33 - коэффициент, ограничивающий
значимый путь фильтрации областью, прилегающей к стенке траншеи
· Для случая
несовершенной траншеи с принудительным водопонижением (А)
S=h1-h2=1,46
· Для случая
несовершенной траншеи с принудительным водопонижением (Б)
·
S=h1-h2=1,1
· Для случая
совершенной траншеи с принудительным водопонижением
S=h1-h2=1,9
I
- зона разрушающих градиентов фильтрационного потока
II
- зона безопасных градиентов
Вывод:
точки с координатами (Сu15=13,21; i=0.57), (Сu15=13,21; i=1.74), (Сu15=13,21; i=1.31) лежат
в области разрушающих градиентов фильтрационного потока. Значит возможен
суффозионный вынос при Rнач=4,38м в
совершенной траншее, Rнач=2,53м в
несовершенной траншее (вариант А,Б), а также при Rтабл=10м в
совершенной траншее., последствием которого могут быть обрушение стенок
траншеи, проседание поверхности земли над трубопроводом и вблизи колодцев - за
счет вымывания тонких фракций грунта и его разуплотнения, изменение свойств
песков, используемых для обратной засыпки траншеи, пазух колодцев и дренажной
сети - за счет вымывания тонких фракций, что может к изменению степени
пучинистости грунта, выходу из строя дренажной системы.
. Химический анализ
Данные химического анализа
№
Скважины
|
Ca
|
Mg
|
K+Na
|
SO4
|
Cl
|
HCO3
|
CO2
(своб.)
|
pH
|
OB
|
Feобщ.
|
15
|
54
|
35
|
682
|
347
|
210
|
167
|
78
|
7,1
|
12
|
0,8
|
21
|
24
|
70
|
120
|
7
|
5
|
62
|
13
|
7,5
|
8,1
|
0,2
|
Произведём пересчёт значений
для скважин 15 и 21
Скважина № 15
Ионы
|
Содержание,
мг/л
|
Эквивалентное
содержание
|
Эквивалентная
масса ионов
|
|
|
Мг
экв/л
|
Экв.-%
|
|
Катионы
|
Na+
K+
|
682
|
29,6
|
84,1
|
22,99
|
|
Mg2+
|
35
|
2,9
|
8.3
|
12,16
|
|
Ca2+
|
54
|
2,7
|
7.6
|
20,04
|
Сумма
катионов
|
771
|
35,2
|
100
|
Анионы
|
Cl
-
|
210
|
5,9
|
37.3
|
35,46
|
|
SO42
-
|
347
|
7,2
|
45,5
|
48,03
|
|
HCO3
-
|
167
|
2,7
|
17,2
|
61,00
|
Сумма
анионов
|
724
|
15,8
|
100
|
-
|
Общая
сумма
|
1495
|
-
|
-
|
-
|
Скважина № 21
Ионы
|
Содержание,
мг/л
|
Эквивалентное
содержание
|
Эквивалентная
масса ионов
|
|
|
Мг
экв/л
|
Экв.-%
|
|
Катионы
|
Na+
K+
|
120
|
5,2
|
42,6
|
22,99
|
|
Mg2+
|
70
|
5,8
|
47,5
|
12,16
|
|
Ca2+
|
24
|
1,2
|
9,9
|
20,04
|
Сумма
катионов
|
214
|
12,2
|
100
|
-
|
Анионы
|
Cl
-
|
5
|
0,14
|
10,9
|
35,46
|
|
SO42
-
|
7
|
0,15
|
11,6
|
48,03
|
|
HCO3
-
|
62
|
1
|
77,5
|
61,00
|
Сумма
анионов
|
74
|
1,29
|
100
|
-
|
Общая
сумма
|
288
|
-
|
-
|
-
|
Общая жесткость
Определяется суммой
щелочноземельных катионов Mg2+ и Са2+ , выражается в мг экв/л.
Для скважины № 15 вода содержит
суммарное число щелочных катионов Mg2+ и Са2+ =5,6 мг экв/л и является умеренно
жесткой,
Для скважины №21 содержит
суммарное число щелочных катионов Mg2+ и Са2+ = 7 мг экв/л и является очень
жесткой.
Соленость воды
Соленость воды определяется как
сумма всех катионов и анионов выраженная в г/л.
Для скважины № 15 S = 1,4 г/л,
1< S < 3 - следовательно, вода солоноватая.
Для скважины № 21 S=0,3 г/л, S
< 1 - следовательно, вода пресная.
Составим формулу химического состава
воды для скважин № 15,21
Формула химического состава
позволяет записать результаты химического анализа в краткой форме.
Воспользуемся формулой Курлова, которая представляет собой псевдодробь.
Для скважины №15
Вода солоноватая, хлоридно-натриевая
Для скважины №21
Вода пресная, хлоридно-кальциевая
Признаки агрессивности воды к
бетону.
Вид
агрессивности
|
Значение
показателя для грунта с к>0,1, м/сут
|
Скважина
№15
|
Скважина
№ 21
|
Выщелачивающая
по содержанию НСО3 мг экв/л
|
<1,05
|
17,2
|
77,5
|
Углекислая
по содержанию СО2 своб. мг/л
|
>10
|
78
|
13
|
Общекислотная
по величине рН
|
<6,5
|
7,1
|
7,5
|
Сульфатная
по содержанию SO4 мг/л
|
>250
|
347
|
7
|
Магнезиальная
по содержанию Mg, мг/л
|
>1000
|
35
|
70
|
По
содержанию аммонийных солей, в пересчете NH4, мг/л
|
>100
|
-
|
-
|
Солевая
по содержанию всех солей, мг/л (при наличии испаряющихся поверхностей
|
>10000
|
1495
|
288
|
Щелочная
по содержанию едких щелочей, мг/л, в пересчете на Na и К
|
>50000
|
682
|
120
|
Признаки
коррозийной активности грунтовых вод.
№
скважины
|
Показатели
коррозионной активности
|
Компоненты
воды (среда)
|
pH
|
|
|
Cl
-
|
Cl
- +SO42-
|
Ca2+
+Mg2+
|
FEобщ
|
ОВ
|
|
|
Содержание
компонентов, мг/л
|
>5
|
>50
|
>169,6
|
>1
|
>20
|
<6
|
15
|
|
210
|
557
|
89
|
0,8
|
12
|
7,1
|
21
|
|
5
|
12
|
94
|
0,2
|
8,1
|
7,5
|
Вода в скважинах 37, 43
является коррозионно активной по содержанию анионов хлора, суммарному
содержанию хлора и сульфата, железа, суммарному содержанию магния и кальция.
Оценка агрессивности грунтов к
стальным конструкциям
Коррозионная активность грунтов (почв) по
отношению к углеродистой стали определяется:
• Лобраторными методами (по величине
потери массы стального образца, помещенного во влажную грунтовую пасту, т
плотности поляризующего тока в ней);
• Полевыми измерениями удельного
электричесого сопротивления p, Ом*м (чем ниже удельное электрическое
сопротивление, тем выше коррозионная активность грунта)
Грунт считается коррозионно активным при
значения р ниже 100 Ом*м.
Предельное значение удельного электрического
сопротивления дисперсных грунтов приведены в таблице:
Согласно таблице, коррозийной активным будет
являться грунт на участке 1-2 (суглинок).
Процессы грунтовой (почвенной) коррозии наиболее
активно развиваются в следующих условиях:
• При влажности грунтов в интервале
0,10-0,25, находящихся в зоне аэрации;
• При пересечении трубопроводом зоны
контакта двух грунтов с различной проницаемостью (песков и глин).
Заключение
В данной работе рассмотрен участок для прокладки
трубопровода и дана общая оценка его геологическогостроения.
Геологическое строение участка представлено
тремя стратиграфо-генетическими комплексами в пределах одного
геоморфологического элемента. Скважинами вскрываются слои песка, супеси и
суглинка. Гидрологические условия определяются залеганием грунтовых вод на
первом водоупорном слое. Оценка притока проведена для двух ситуаций: траншея
является несовершенной, водопонижение принудительное; траншея совершенная,
водопонижение принудительное.
Химический анализ обнаружил неоднородный
химический состав грунтовых вод, а также их коррозионную активность по
отношению к металлу и агрессивность по отношению к бетону, проявляющиеся в
районах отельных скважин (№ 15, 21). Также выявлена возможность развития
суффозии в толще неоднородного грунта скважины № 15. При изучение грунтов,
вскрытых в скважинах № 15, 16, 21, 23 обнаружило их пучинистость. Согласно СП
11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства» определяется по
следующим показателям:
· Геоморфологические условия: площадка
находится в пределах одного геоморфологического элемента Поверхность наклонная
расчлененная (категория II)
· Геологические в сфере взаимодействия
зданий и сооружений с геологической средой: не более 4-х различных по литологии
слоев, залегающих наклонно или с выклиниванием.
· Мощность изменяется
закономерно,(категория II).
· Гидрологические в сфере
взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой: один горизонт подземных
вод с неоднородным химическим составом. Коррозия активных грунтовых вод
меняется в зависимости от положения скважин. Вода является агрессивной по
отношению к бетону (категория II).
· Геологические и
инженерно-геологические процессы, отрицательно влияющие на условия
строительства и эксплуатации зданий и сооружений имеют ограниченное
распространение, местами оказывают влияние на выбор проектных решений,
строительство и эксплуатацию объектов.
· Грунт пучинистый, местами
присутствует возможность суффозионного выноса (категория II).
Согласно этому инженерно-геологические условия
относятся ко II (средней) категории сложности.
Список используемой литературы
1. ГОСТ 21.302-96 «Условные
графические обозначения в документации по инженерно-геологическим изысканиям».
. СП 11-105-97
"Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I Общие
правила производства работ"
. СП 11-105-97
"Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть II. Правила
производства работ в районах развития опасных геологических и
инженерно-геологических процессов"
. СП 11-105-97.
Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть III "Правила
производства работ в районах распространения специфических грунтов"
. ГОСТ 25100-95 "Грунты.
Классификация"
. Методические указания для
выполнения курсовой работы по курсу «Инженерная геология», СПб, 2012
. Конспект лекций
. Инженерная геология и
гидрогеология: Учебное пособие /А.Б. Фадеев, СПбГАСУ. СПб., 2014.